一种用于抬起和放下马桶座圈的免伸手系统

摘要

一种被配置为用于抬起和放下马桶的座圈组件的装置包括一个机箱，该机箱被配置为使用座圈组件的多个安装螺栓来安装到马桶上。这个机箱包括：一个被动式红外传感器(PIR)，该传感器响应于运动而输出一个检测信号；一个电动机，该电动机具有通过连接器连接到电动机轴上的一个杠杆；一个方向控制单元，该方向控制单元施加了一个电动机供电电压以此响应于该检测信号在顺时针或逆时针方向之一上驱动该电动机的轴；以及一个用来向该装置提供电力的电池。

说明书

发明背景

1.技术领域

本披露内容涉及一种用于抬起和放下马桶座圈的免伸手系统，并且更具体 地涉及可以适应使用者干扰的一种用于抬起和放下马桶座圈的免伸手系统。

2.相关技术讨论：

公共洗手间每天可能有数千人使用并且细菌很容易在这些潮湿且湿润的 环境中繁衍。洗手间仅仅因为其功能而是污染物的主要来源。因为体液可以传 播疾病，所以马桶是很明显的污染点。

例如，使用者典型地需要接触马桶的冲水手柄。目前存在的一旦使用者结 束之后可以自动地冲洗它们自己的马桶使得使用者能避免接触手柄。

然而，当人们抬起或放下马桶座圈时也会暴露于污染物之下。因此，对于 一种免伸手系统存在一种需要，该系统可以抬起和放下一个马桶座圈，而无需 使用者与马桶发生身体接触。

此类免伸手系统可能与不可预知的使用者相互作用，而这些使用者可能会 有意或无意地干扰该系统的功能。因此，对于在存在使用者干扰的情况下可以 安全运行的免伸手系统存在着进一步的需要。

发明概述

根据本发明的一个示例性实施方案，一种被配置为用于抬起和放下马桶座 圈组件的装置包括一个机箱，该机箱被配置为使用座圈组件的多个安装螺栓来 安装到马桶上。这个机箱包括：一个被动式红外传感器(PIR)，该传感器响 应于运动而输出一个检测信号；一个电动机，该电动机具有通过连接器连接到 电动机的轴上的一个杠杆；一个方向控制单元，该方向控制单元响应于该检测 信号施加一个电动机供电电压以此在顺时针或逆时针方向之一上对该轴进行 驱动；以及一个用于向该装置提供电力的电池。

根据本发明的一个示例性实施方案，一种被配置为用于抬起和放下马桶座 圈的装置包括一个机箱，该机箱被配置为使用该马桶的座圈组件的多个安装螺 栓来安装在马桶上。这个机箱包括：一个第一被动式红外传感器(PIR)，该 第一被动式红外传感器响应于运动而输出一个第一检测信号；一个第二PIR， 该第二PIR响应于运动而输出一个第二检测信号；一个电动机，该电动机具有 通过一个连接器连接到该电动机轴上的一个杠杆；以及一个方向控制单元，该 方向控制单元响应于这两个检测信号而施加一个电动机供电电压以此在顺时 针或逆时针方向之一上驱动该电动机的轴。该检测控制单元在检测到在一个第 一时间段内该第一以及第二检测信号已经顺序地发生时触发该轴在顺时针或 逆时针方向之一上转动、并且在检测到在一个第二时间段内该第二以及第一检 测信号已经顺序地发生时触发该轴在顺时针或逆时针方向的另一个上转动。

根据本发明的一个示例性实施方案，一种被配置为用于抬起和放下马桶的 座圈组件的装置包括一个机箱，该机箱被配置为使用该座圈组件的多个安装螺 栓来安装到马桶上。这个机箱包括：一个被动式红外传感器(PIR)，该传感器 响应于运动而输出一个检测信号，一个电动机，一个向该装置提供电力的电池， 一个齿轮系，一个抬起机构以及一个控制器。该齿轮系包括一个电动机小齿轮； 一个正齿轮，该正齿轮包括一个第一轮毂，该第一轮毂具有一个轴承；一个第 二轮毂，该第二轮毂包括一个轴承；以及一个连杆。该电动机小齿轮被附接到 该电动机的轴上，该电动机小齿轮与该正齿轮啮合，该正齿轮与该第二轮毂啮 合，并且该连杆的一个第一端连接到该第一轴承上并且该杆的一个第二相反端 连接到该第二轴承上。该抬起机构包括一个杠杆，该杠杆由一个轴驱动，该轴 被附接到从该机箱出来的第二轮毂上。该控制器被配置为响应于该检测信号而 施加一个电动机供电电压以此在顺时针或逆时针方向之一上驱动该电动机的 轴。

根据本发明的一个示例性实施方案，一种被配置为用于抬起和放下马桶座 圈组件的装置包括一个机箱，该机箱被配置为使用座圈组件的多个安装螺栓来 安装到马桶上。这个机箱包括：一个被动式红外传感器(PIR)，该传感器响 应于运动而输出一个检测信号，一个电动机，一个用于向该装置提供电力的电 池，一个齿轮系，一个抬起机构以及一个控制器。该齿轮系包括一个电动机小 齿轮；一个正齿轮，该正齿轮包括一个第一轮毂，一个第二轮毂、一个绳索以 及一个离合器。该电动机小齿轮被附接到该电动机的轴上。该电动机小齿轮与 该正齿轮啮合。该绳索被环绕在该第一以及第二轮毂上。该抬起机构包括一个 杠杆，该杠杆由一个轴驱动，该轴被连接到从该机箱出来的第二轮毂上。该控 制器被配置为响应于该检测信号而施加一个电动机供电电压以此在顺时针或 逆时针方向之一上驱动该电动机的轴。

附图简要说明

本发明的示例性的实施方案可以结合附图通过以下说明得到更详细的理 解，在附图中：

图1根据本发明的一个示例性实施方案展示了用于抬起和放下一个马桶座 圈的装置的高级框图；

图2根据本发明的一个示例性实施方案展示了图1的装置的组件视图；

图3根据本发明的一个示例性实施方案展示了图1的装置的信号定时；

图4根据本发明的一个示例性实施方案展示了用于驱动图1装置的方法的 高级流程图；

图5根据本发明的另一个示例性实施方案展示了一种用于抬起和放下一个 马桶座圈的装置的高级框图；

图6根据本发明的另一个示例性实施方案展示了图5的装置的组件视图；

图7根据本发明的一个示例性实施方案展示了图6的齿轮系；

图8根据本发明的一个示例性实施方案展示了图5的装置的详细简图；

图9根据本发明的一个示例性实施方案展示了图6的齿轮系；并且

图10根据本发明的一个示例性实施方案展示了图6的齿轮系。

示例性实施方案详细说明

本发明的示例性实施方案参照附图在以下更详细地说明。然而本发明能以 不同的形式实施并且不应被解释为限制于在此提出的这些实施方案。而是，提 供以下的实施方案使得本披露内容将是更详尽并且完整，并且对于本领域普通 技术人员将完全表达的本发明范围。

图1展示了根据本发明的一个示例性实施方案用于以免伸手的方式抬起和 放下一个马桶座圈(和/或其盖子)的装置的高级框图。该装置包括一个被动式 红外传感器(PIR)100、一个检测控制器单元110、一个电动机供电单元130、 一个方向控制器单元140、一个电动机150以及一个电池120。

检测控制器单元110可以包括一个PIR检测逻辑模块102以及可再触发的 时间延迟模块104。方向控制器单元140可以包括一个方向控制模块142、一 个方向记忆模块144、一个停转传感器模块146、一个关机控制模块148。

该装置被容纳在一个机箱内。该机箱可以被配置为装配在马桶的螺栓、座 圈与水箱之间。在本发明的一个实施方案中，电动机150的轴从机箱出来并且 抬起机构160的杠杆通过一个连接器附接到该轴上。该连接器可以包括一个弹 簧离合器。这个实施方案将在随后关于图3-5更详细地进行讨论。在本发明的 一个替代实施方案中，不是杠杆被连接到电动机150的轴上，而是附接一个齿 轮系来增加电动机150的扭矩，并且抬起机构160的杠杆被附接到该齿轮系的 一个轴上(例如，通过一个连接器)。这个实施方案将在随后关于图6-8更详 细地进行讨论。

参见图1，该装置可以包括一个DC电源125(例如约12v到约16v)以 及一个电池状况指示器135。电池120向DC电源125提供电力。DC电源125 保持一个供电电压V_H以向电动机供电单元130提供电力。电池120可以是从 一个远程电源可再充电的或可以是非可再充电的。电池状况指示器135是任选 的，并且可以在检测到低电荷或一个内部蜂鸣器发出声音时引起外部可视警报 灯(例如，一个LED)闪烁。

机箱可以被固定到一个马桶上使得杠杆的一部分被定位于马桶座圈组件 的一部分之下，处于这个组件的转动轴线处或其附近。作为替代方案，机箱可 以被固定为使得杠杆被定位在马桶座圈组件之下以提供一个新的转动轴线。当 该装置被一个使用者的运动(例如，被一只手在该装置的PIR 100附近的运动) 激活之后杠杆将抬起或放下马桶座圈和/或盖子。

PIR 100可以是一个热电装置(例如，传感器)，该热电装置通过测量由 周围物体发出的红外线水平的变化来检测运动。PIR 100可以具有一个预定的 或可配置的运动检测距离范围(例如0.5米)以及检测角(例如约10度至约 60度)。在本发明的一个示例性实施方案中，该检测距离被设定至该马桶周围 的一个限定区域。作为替代方案，可以使用超声或射频检测装置来代替红外线 装置。

PIR 100可以被布置在机箱的顶盖中的红外滤波窗口之下。PIR 100在检测 到红外光到达时(如在一个手位于窗口以上时)会引起其输出电压的变化(例 如一个PIR信号)。这个输出电压可以被发送到PIR检测逻辑单元102，该PIR 检测逻辑单元对PIR信号进行分析以确定它是否满足某些指标。例如，这些指 标可以具体指持续一个时间段的、与一只手在窗口以上的检测区域的存在以及 运动相关联的强度和长度。

在PIR信号满足这些指标的情况下，可再触发的时间延迟单元104(例如， 一个可再触发的单触发(OneShot))可以被触发到一个“开启”状态，并且 发出一个控制信号(例如，具有一个正前导沿的脉冲)以开启电动机供电单元 130。该控制信号可以被设定为使得其最小长度确保了在单触发的“开启”持 续时间过程中不会发生其他的通电指令。然而如果在单触发的这个正常“开” 时间段过程中检测到了另一个可接受的PIR信号，则这个时间可以延长到该单 触发的一个预定的正常“开”时间段过程。在这个时间段结束时，在单触发的 最后的触发或再触发之后，该单触发恢复到一个“关”状态。

收到控制信号时(例如，当收到单触发“开”时间段的前导沿时)，电动 机供电单元130被开启。电动机供电单元130通过方向控制模块142对电动机 150提供一个电压Vm，该方向控制模块将电压Vm应用到电动机150的电动 机线圈上以便在顺时针转动方向上转动电动机150的轴，或通过将线圈接受电 压Vm的这侧反接来在一个逆时针的方向上转动这个轴。这个转动方向可以由 方向控制单元140的方向记忆模块144来控制，该方向记忆模块指令顺时针或 者逆时针转动，这在完成座圈运动的最后一个完整周期之后被反向。

由于杠杆直接地或间接地被附接到轴上，并且杠杆被定位在座圈组件之下 (例如，马桶座圈)，当电动机供电单元130被开启时，电动机150的转动基 于轴转动的方向而引起座圈抬起或者放下。方向记忆模块144存储了轴有待被 转动以便反向先前动作的这个方向，并且最初可以存储一个默认的转动方向。 方向控制模块142使用这个存储值来确定这个轴将被转动的方向。装置的每次 后继触发会以与其上一次运行相反的方向来抬起或放下马桶座圈。

杠杆并非是永久性地附接在马桶座圈的底部的。当杠杆抬起座圈时，如果 座圈和杠杆的转动轴线没有适当的对齐，则杠杆可以沿着座圈的底部表面滑 动。可以将具有低摩擦系数的材料(例如，特氟纶)附接到杠杆的顶部表面上 以协助这种滑动。当杠杆成角度为不及一个竖直位置时，由于重力作用这个杠 杆应仍保持与座圈接触。然而如果杠杆延伸超过这个竖直位置，则座圈将会下 落离开与杠杆的接触(例如，座圈可以下落离开去接触马桶箱)。这可以通过 为该杠杆产生一个阻力点来防止。例如可以将一个固定的或可调节的干涉器在 杠杆的路径内附接到机箱上以便在杠杆到达一个竖直位置之前阻断其路径。

基于马桶的设计，当抬起座圈时，座圈可以在移动超过一个竖直位置之前 接触马桶箱，并且因此这种附加的干涉器可能不是必须的。当马桶座圈被放下 时，座圈或杠杆将最终与马桶缸接触。此外，当使用者在座圈正在被抬起或放 下过程中使用他的手或脚来阻止座圈或在座圈正被电动机150移动的相反方向 上推这个座圈时，杠杆可能经历一种接触。

然而，在已经发生这些以上描述的接触之一后，电动机150可能试图继续 转动其轴，这可以使得电动机150的这些齿轮打齿。因此，电动机150可以在 到达这些阻力点时或之后很快被关闭。一旦座圈到达“上”或者“下”位置， 或遇到了一种人为阻力点，则对继续转动的物理干涉将会引起电动机150的电 流增加到其最高水平，这个最高水平可以被称为停转电流。

停转传感器模块146可以连续地监测电动机150的电流。当电流水平超过 了一个预定的正常运行电流水平(NOCL)或该NOCL加一个预定的电流偏移 CO时，停转传感器模块146可以输出一个停转信号SS以触发关机控制模块 148从而发送一个关机信号SD来使得电动机150断电。在一个实施方案中， 该NOCL加CO被设定为低于该停转电流的水平。

关机控制模块148可以响应该停转信号SS而立即将关机信号SD发送给 方向控制模块142以及电动机供电单元130。方向控制模块142响应于该关机 信号SD而将这个存储的转动方向的这种上/下状态反转。电动机电源130响应 该关机信号而断电。例如，假定，座圈正在向下运动并且遇到了马桶缸的自然 阻力触发了这种关机。方向记忆模块144然后将响应于该关机信号存储一个 “上”的转动方向(例如，方向控制模块142将“下”反转至“上”)。当 PIR 100由于运动而被再触发时，则检测控制器单元110将产生一个新的控制 信号以便开启电动机供电单元130，从而使得电动机供电单元130能够再次将 电压Vm输送至方向控制器单元140。方向控制器单元140然后将电压Vm应 用到电动机150上以便根据存储的转动方向(例如，上)来转动电动机的轴， 由此，引起座圈向上抬起。

作为替代方案，关机控制模块148可以被配置为向方向控制模块142和电 动机供电单元130输出具有不同时间延迟的不同的关机信号(例如，一个第一 关机信号以及一个第二关机信号)。例如，停转传感器模块146可以通过发出 一个正沿而触发关机控制模块148的一个关机控制操作。脉冲的这个前导沿可 以引起关机控制模块148输出一个具有第一持续时间的第一关机信号给方向控 制模块142。在第一持续时间结束时，方向控制模块142使得存储的转动方向 的状态反转。该脉冲的这个前导沿可以引起关机控制模块148延迟一个预定的 时间段并且当延迟结束时将第二关机信号(例如一个负脉冲)输出给电动机供 电单元130，从而引起它关机。以此方式，方向控制模块142能够在电动机供 电单元130断电之前使转动方向的存储状态反转。如果电动机供电单元130断 电而没有这种延迟，则方向记忆模块144可能没有足够的时间来更新转动方向 的状态。这种关机操作包括检测停转并且移除到电动机150的电力。这种关机 操作被配置为在电动机150的继续操作具有足够的时间去损坏其齿轮之前使得 电力从电动机150上被移除。

每次座圈从“下”位置移动到“上”位置或者从“上”位置移动到“下” 位置都被认为是该装置的一个完整周期。在完成这些周期之一时，该装置处于 一个初始状态，等待一个PIR信号以启动下一个座圈运动周期。这时，电压 Vm可以从电动机供电单元130上移除(例如，不再对单元130提供电压Vm)， 由此降低了电池120的消耗。然而，DC电源125可以仍然保持活动以确保PIR 100的继续运行。通过使用一种睡眠模式来对保持活动的电路进行断电而可以 进一步节省电池功率。例如，在睡眠模式过程中DC电源125可以使用一个开 关来从电池120断开连接并且在一个唤醒模式过程中再连接。例如，三分之一 的每运行100ms可以对应睡眠模式并且其他三分之二对应唤醒模式。这仅仅 是一个实例，因为该装置的工作周期可以按希望来被改变。

图2根据本发明的一个示例性实施方展示了案图1的装置的组件视图。该 装置的机箱200包括一个基座210以及一个连接器220，该连接器将杠杆230 附接到电动机150的轴上。如以上所讨论的，并且如图2所示，该装置被定位 为使得杠杆230被定位在一个马桶座圈260之下。杠杆230通过一个连接器220 连接到电动机140的轴(未示出)上。在这个实例中，轴离开机箱侧。然而， 在一个替代实施方案中，杠杆230可以被连接到离开机箱前侧的一个轴(未示 出)或一个齿轮系的一部分上。

一个滤波窗口255被位于机箱200的一个壁(例如盖205)上。滤波窗口 255可以替代地位于机箱200的这些侧壁或前壁之一内。

电池状况指示器135可以位于机箱200的一个壁(例如，一个侧壁)内。 电池指示器130可以替代地位于前壁内，或省略。机箱200可以包括一个侧壁 中的充电端口240用于对电池120充电的。作为替代方案，充电端口240可以 位于盖205、前壁或后壁中。充电端口240可以省略(例如，当使用一种非可 再充电的电池时)。作为替代方案，在机箱200内可以包括一个内部的可听到 的蜂鸣器，该蜂鸣器发出声响以指示需要充电或更换电池120。

可以将一个可调节的干涉器270附接到机箱200与连接器220相同的那侧 上。干涉器270被定位为使得它放置在连接器220或杠杆230的路径上以便与 连接器220或杠杆230的转动发生干涉。如果干涉器被适当的定位，随着连接 器220的转动，它最终将接触干涉器270，并且此后很短的时间内电动机150 关闭。干涉器270可以具有对称的形状并且被转动以调节杠杆230的上限。作 为替代方案，可以使用一个固定干扰来固定盖杠杆230的上限。

机箱200可以用不同的方式来附接到基座210上，例如焊接、钉子、螺钉、 胶、焊料、等等。基座210可以被配置为处于马桶的平面上。典型地将一种马 桶座圈组件(例如，马桶座圈260以及马桶座圈盖子)通过两个安装螺栓安装 到一个马桶缸上。基座210被配置为安装在座圈组件安装座之下并且处于马桶 缸的表面(例如陶瓷的)上。基座210通过安装螺栓保持在位，这些安装螺栓 是用来将座圈组件连接到马桶缸上的同一些安装螺栓。例如，基座210可以包 括一个左槽缝212以及一个右槽缝214，它们被间隔开以对应这些座圈安装螺 栓的间距并且被确定尺寸以接收这些螺栓。槽缝212和214提供了对该装置的 安装而无需完全移除该座圈和盖子安装座，并且还用于对基座210的前侧与马 桶座圈260的后侧之间的相对距离进行调节。在本发明的一个替代实施方案中， 用对应的孔(例如圆形、长方形、等等)代替这些槽缝212和214来接收这些 安装螺栓。这些槽缝212和214允许杠杆230能被移动得更接近或更远离座圈 260，从而允许杠杆230的转动轴线更靠近地与座圈260的转动轴线一致。

如以上所讨论的，电动机150在机箱200内并且该轴或一个齿轮系的一部 分(例如，一个杆)从机箱200的一侧或前面出来。连接器220被安装在该轴 或杆上。例如，轴可以具有一个平直部，该平直部通过一个弹簧以及垫片接合 在连接器220内，该垫片被这个弹簧驱使到这个平直部上。这个弹簧力可以通 过使一个螺栓前进，从顶部进入连接器220来被控制，并且在迫使该连接器随 该轴的转动而进行旋转。这个弹簧组件形成了一个离合器，如果通过人工抬起 或放下座圈260而施加了过度的力而这个力通过杠杆230传递到连接器220的 话，该离合器允许迫使垫片从平直部离开。这防止了座圈260的此种运动向电 动机150施加外力，而这会引起对这些齿轮的损坏。因此，该轴与连接器220 解除连接，并且当轴的转动再次使得垫片与平直部对齐时将再次连接，这就允 许了弹簧再次迫使垫片抵靠于这个平直部。

如果该电动机并非在电力下运行并且该轴并没有与连接器220解除连接， 则向该轴上施加过度的力可能损坏电动机150或其齿轮。当电动机不运行时， 停转传感器模块146不能通过检测一个近似的停转电流而感应这种过度力何时 发生，并且触发电动机150的关机。因此，当发生这样的力时，该离合器通过 将杠杆230和连接器220与该电动机或其齿轮系解除连接来保护电动机150。

电动机150的电力被关闭之后如果座圈260一旦挂在中间位置，则当再触 发PIR 100时，座圈260将基于保存的转动方向(例如，可以是在方向记忆体 144内存储的)的当前状态来上升或下降。

连接器220驱动杠杆230，杠杆被定位为使得杠杆230随着马桶座圈的下 降而接触座圈260的底侧。然后，当连接器220向内转动(例如，顺时针方向) 时，杠杆230在座圈260的底部上施加一个抬起力，从而引起它抬起。当座圈 260上到位时，该轴的反向的转动(例如在一个逆时针方向上)引起杠杆230 与座圈260的底侧解除连接。

如果座圈260的位置不到竖直的位置，则重力引起座圈260落下抵靠杠杆 230并且跟随杠杆下降。如果座圈260被抬起超过竖直的位置(例如，假定干 扰270不存在或被不适当地定位)，在本发明的一个替代实施方案中，杠杆230 的一个第二部分可以附接到连接器220上以便与座圈260的顶部表面接触，从 而在该轴被转动以便降低座圈260(例如，在逆时针方向上)时，施加一个力 来放下座圈260。作为替代方案，杠杆230可以提供一个柔性系索(例如，一 条绳索)，该系索通过胶带或一些其他的暂时性附接机构来附接到座圈260的 底部上。当该轴在“下”方向上转动时，该系索可以拉动座圈260到刚刚低于 竖直，并且然后座圈260会继续在重力下跟随杠杆230向下。

在本发明的一个替代实施方案中，可以附接多个传感器到机箱200上以便 检测连接器220的位置。例如，这些传感器将检测是否连接器220将超过竖直， 并且可以触发一个机构来保持连接器220免于走得更远。这些感应装置可以包 括光或激光传感器、磁性传感器、电子接触传感器、等等。

电动机150从电动机电力供给单元130消耗的电流与电动机的速度和扭矩 之间的关系可以被用来确定是否有必要停止电动机或改变转动方向。例如，如 果当从一个静止位置(“上”或者“下”)启动时，电动机150的电流消耗在 强度和瞬态时间特性(例如，在一个停转条件过程中的强度或瞬态时间特性) 上是独特的，则这种特性可以被用来允许电动机继续在其初始方向上，或者如 由对停转条件的检测所证明的改变方向并且继续直至座圈260达到其最终状态 (上或者下)。如果电动机150正被驱动在“上”方向上，而座圈260下降， 启动电流将会比用于其他条件或初始座圈位置更大，并且因此将可以在强度或 瞬态时间特性上与一种真实的停转条件做出区别。如果当达到一个停转条件 时，电动机150的电流消耗在强度和瞬态时间特性上是独特的，则其分析就可 以被用来引起电动机150反转或停止。最后一个PIR激活与事件本身之间的时 间间隔可以被用来确定是否使电动机150停止或反转是适当的动作过程。此外， 可以使用一个时间延迟来延迟对电动机电流的检测从而防止启动电流错误地 触发停转条件。

由于该装置典型地被安装在洗手间内，在那里水的可见性使得高压AC电 力的存在受限，电池120(例如，一个9v的)可以从一个便携式电池电源(例 如，12v)来再充电，而电池电源本身则已经被持续再充电。用于许多此种装 置的此类电池可以从一个单一的便携电池电源再充电。电池120可以通过再充 电端口240充电。例如，电池指示器130可以使用一个灯(例如，一种LED 灯)闪烁一种颜色(例如，红色)从而指示需要再充电。

图3根据本发明的一个示例性实施方案展示了图1的装置的信号定时。在 某些条件下，PIR 100可能发出太短而不能满足记录指标的一个脉冲PIR。这 个指标可以是一个预选定的持续时间T_MIN，这个持续时间被选择为避免安装环 境中的误检测。当所发出的脉冲PIR的长度达到预选定的持续时间T_MIN时， PIR 100触发一个信号T_ON，该信号保持一个时段的“开”(例如，从逻辑低 过渡到逻辑高)，而这个时段比持续时间T_MIN更长。如果信号T_ON已经是“开” 并且一个可接受的新的脉冲PIR被识别，则信号T_ON的保持“开”时间可以延 长到预定时间T_MIN。这些续期可以发生尽可能多次而使得在信号T_ON为开时这 样一个脉冲PIR被接收。

信号T_ON的前沿可以是差异化的并且被用来开启电动机供电单元130以便 产生一个电力控制信号PowerOn。电力控制信号PowerOn然后被用来开启电 动机150，而电动机输出一个信号MotorON。电动机电力可以被锁定在“开” 状态，并且然后可以在停转事件或结束事件之中首先发生的一个事件时被关 闭。停转事件是停转传感器模块146检测到停转条件，这产生了一个停转信号 StallSensor。当信号Ton从逻辑高信号过渡到逻辑低时，结束事件可以是信号 Ton的负沿。信号T_ON的长度可以被配置为足够长以确保第一事件首先发生。 这个停转事件启动了一个信号T_D(X Dir)并且在停转信号StallSensor的长度 过程中的某个时刻反转了电动机方向的控制。这种反转反向了停转传感器条 件。

停转事件启动了一个时间延迟信号T_D(PowerOff)，这个时间延迟信号比 信号T_D(X Dir)更长从而确保电动机方向控制(方向控制器140)已经完成 方向的改变。在信号T_D(PowerOff)结束时，释放电动机电源130的一种栓锁， 并且电动机150停止，从而将座圈260留在其最后位置中。如果结束事件首先 发生(例如，信号T_ON在停转事件发生之前结束)，则信号T_ON的这个负差异 化沿可以被用来将电动机电源130解除栓锁，从而使电动机150停止。

图4根据本发明的一个示例性实施方案展示了用于驱动图1的装置一种方 法的高级流程图。参见图4，这种方法包括确定从一个被动式红外传感器(PIR) 发出的检测信号是否已经达到一个预定持续时间(S401)，当这个检测信号已 经达到预定持续时间时启用一个电动机电源(S402)，使用这个电动机电源的 供电电压来使得一个电动机的轴基于一个存储的方向在一个方向(例如，顺时 针或逆时针)上转动(S403)，确定电动机的电流是否指示了一种对转动的阻 碍(S404)，和/或确定是否一个时间周期已经过期(S405)，并且然后基于 这些事件中的任一个事件，反转存储的方向并且将电动机断电(S406)。由于 杠杆230被附接到电动机的轴上(或被附接到一个附接在该轴上的齿轮系所附 接的轴上)，并且被定位在马桶座圈260之下，所以当完成转动时，座圈260 已经行进至上或者下。座圈260然后可以通过重复以上描述的方法而在一个相 反的方向上被移动。

在本发明的一个替代实施方案中，该装置中包括一个第二PIR。第一PIR (例如，PIR 100)以及第二PIR(未示出)一起被用来确定是否使用者希望座 圈260移动向上或向下。这2个PIR可以被定位为确定是否一只手已经做出了 向右运动或向左运动。例如，该第一PIR可以被定位到该第二PIR的左侧，并 且在某一时间段内通过运动触发该第一PIR随后触发该第二PIR可以触发该装 置将座圈260向下移动。例如，检测控制器单元110可以改造以便接收这两个 PIR的输出并且确定这些输出是否表明希望座圈260的一种向上或向下的运 动。反之亦然，通过运动来触发第二PIR随后是第一PIR就可以触发该装置将 座圈260向上运动。这2个PIR可以交替地被定位为彼此上下，并且然后从上 到下的运动的检测可以触发该装置将座圈260向下移动并且从下到上的运动的 检测可以触发该装置将座圈260向上移动。当如以上所述地使用两个PIR时， 可以省略方向控制模块142以及方向记忆模块144。例如，对停转电流的感测 不需要被用来确定轴转动的方向。于是方向控制器单元110可以被改造为基于 这2个PIR的两个输出而对电动机150的电动机线圈提供一个电压Vm来在顺 时针转动方向上转动电动机150的轴，或通过反转线圈接受电压Vm的该侧来 在逆时针的方向上转动这个轴。

由于根据以上描述的本发明的至少一个实施方案的一个装置使用现有座 圈组件具有标准分离距离的这些安装螺栓来安装在马桶上，该装置被认为是一 种通用地可安装的装置。这种装置可以容易地安装到大量已经装好的马桶上， 而无需对马桶座圈组件或马桶本身进行实体上的改变。这种装置可以提供给 OEM考虑作为他们目前的马桶座圈设计的一个附加选项来提供，而无需改变 它们的标准生产。

图5根据本发明的另一个示例性实施方案展示了一种用于抬起和放下一个 马桶座圈的装置的高级框图。类似于图1的框图，PIR传感器100由检测控制 器单元110监测，并且当观察到一个令人满意的信号时(例如，20msec的连 续的红外感应)，它指示一个微控制器(Micro)200基于其对座圈260的最后 位置的记忆来抬起或放下座圈260。Micro 200使用一个电动机方向控制继电器 210执行这个指令。Micro 200然后指令电动机电源130“开”启，并且电动机 150开始在所要求的适当方向上转动。

停转传感器模块146监测电动机150的电流，并且当电流增加到通过过去 的经历而认为代表一个停转条件的一个值时(例如，当座圈260遇到由达到其 行进的顶部或底部所引起的一个阻碍时)模块146向Micro 200发出一个信号 来指示存在这个条件，这样使得Micro 200可以关闭电动机150的电力，由此 结束操作。例如，这个信号可以指示电动机电流的电流值。用一只手在中途停 止座圈260还将引起Micro 200终止电动机电力，由此阻止了电动机150的齿 轮打齿。

与图1的框图不同，电动机150通过一个齿轮系241驱动抬起机构160。 齿轮系241是常啮合的。但是，如果所希望的是替换对于杠杆230与电动机150 之间的离合器的需要而保护免于向马桶座圈施加一个外部力(这将损坏电动机 150)，可以使用一个脱离接合机构来使杠杆230与电动机150之间的这个齿 轮系240脱离接合。当Micro 200想要电动机150启动时，它使一个螺线管235 通电，该螺线管使这些齿轮结合，这样使得电动机150可以驱动抬起机构160。 当电动机150被告知要停止时，Micro200将螺线管235断电，从而使这些齿轮 脱离接合。只要PIR传感器100不被激活，这允许座圈260被手动地抬起或放 下(例如通过手)，如果希望的话。这消除了对一种离合器的需要，而这种离 合器关于图1被在以上讨论为防止这些齿轮在有人用手不经意地抬起座圈时打 齿。

在本发明的一个示例性实施方案中，电池120在充满时具有6伏特的输出。 随着时间以及装置的使用，电池120将逐渐地失去其电荷。例如，电荷最后可 以降到3.2伏特。该装置可以任选地包括一个电压提升器250，该电压提升器 可以为电动机150保持一个恒定电压(例如约12v至约16v)而与电池120 的电压无关。电压提升器250的输出被供给DC电源125(例如，+5伏特)， 该DC电源被用来操作该装置的其余元件，甚至当电池120的电压降到一个阀 值水平以下时(例如，约3.2伏特)。由于所有的电压都是由Micro 200来监 测的，所以Micro 200能够控制电压提升器250的运行以便将所有电压保持在 它们被要求的范围内，直至电池120实质上完全被耗尽。在电池120耗尽之前， Micro 200可以使用电池状况指示器135来发送一个信号从而警告使用者更换 电池120。以此方式，即便提升器电压下降到该阀值水平(例如，约3.2伏特) 也可以保持对计算机芯片的供电电压(例如，约5伏特)。

图6根据本发明的另一个示例性实施方案展示了图5的装置的组件视图。 在这个实施方案中，杠杆230被定位于机箱前面，并且由将电动机150连接到 杠杆230的一个轴上的这个齿轮系240来被驱动。

图7根据本发明的一个示例性实施方案，展示了被附接到一个电动机150 上的图5的齿轮系241的多个元件。参见图7，一个小齿轮701被附接到电动 机150的轴上。该轴可以由机箱中的一个第一杆(未示出)来支持。当一个第 二齿轮702(例如，一个正齿轮)啮合到小齿轮701中时，第二齿轮702在与 小齿轮701相反的方向上转动。在本发明的一个示例性实施方案中，第二齿轮 702具有一个比小齿轮701大大约3倍的直径。可以使一个第一轴(未示出) 可以安装穿过第二齿轮702的中心，这使该齿轮能够转动。这个第一轴可以由 机箱中的一个第二杆(未示出)来支持。这个第一轴驱动(转动)具有对应的 链条705的一对链轮703和704。这些链轮703和704驱动(转动)附接到杠 杆230上的一个轴。在图7中示出的这种安排可以使杠杆230以与图1中的装 置相同的速度抬起，但是具有更大的扭矩，因为可以利用一个更大的电动机。

根据本发明的一个示例性实施方案，可以使用一个弹簧(未示出)来将小 齿轮701与第二齿轮702拉开(例如脱离接合)并且使用一个螺线管(未示出) 推到一起(例如接合)。由于这种推和拉要求第一或第二齿轮701或702的轴 能够横向地移动，这些对应的支持杆中的一个可以包括一个槽缝，这个槽缝允 许这些齿轮701或702之一的轴从一侧移动到另一侧。这个槽缝的宽度被配置 为足够宽以便允许这些齿轮701和702与彼此分离开。

图8根据本发明的一个示例性实施方案展示了图5的装置的详细简图。参 见图8，PIR传感器Q1以及PIR控制器U1以与之前描述的那些类似的方式运 行，除了PIR控制器11的正输出门被直接地传输到微控制器13。微控制器U2 是一个可编程的计算机芯片，该可编程的计算机芯片可以配备有I/O、RAM、 ROM、A/D转换器。

微控制器U2被编程为对这个正门做出反应来执行以下描述的这些功能。 例如，微控制器U2查询所记忆的电动机M1(例如，图5的电动机150)应转 动的方向，这个方向将会与电动机上一次开启相反。这种转动是通过微控制器 U2开启或关闭一个电力开关U3或Q7来执行的，这确定了双刀双掷继电器 X1(或一种固态等效物)的接触状态。当施加了电动机电源Vm时，电力开引 起电动机M1在抬起方向上转动，而电力关引起在放下方向上的转动。

将电力开关U3切换到开或关之后，微控制器U2致使晶体管Q3将晶体管 Q4切换到开。这将电压Vm传输到继电器RLY1。

取决于继电器线圈的通电或断电情况，正电压Vm将被施加到电动机M1的一 侧或另一侧上，对应于对应的轴的顺时针或逆时针转动。

电动机M1的电流(不论在任一方向上转动)通过电阻器R19传输到接地。 跨过R19的电压因此与电动机M1的电流成比例。这个电流是电动机速度和扭 矩的函数。所以，当电动机M1由于阻碍而停转时，这个电流增加到一个可以 被称为停转电流的限度。电阻器R19由电容器C13旁路从而确保这种瞬变不 会错误地引起一个电压峰值，这个电压峰值可以被解释为停转电流的击穿。

跨过电阻器R19的电压被输送到微控制器U2，该微控制器使用其A/D转 换功能来产生与电动机M1的电流成比例的一个数字数。微控制器U2将这个 数与初始存储的数字N1相比，数字N1代表了电动机电流的一个量值，高于 这个量值可以断定电动机M1即将停转。不应允许这个停转条件，因为它可能 损坏电动机M1的这些齿轮。但是，在任何情况下，这个条件意味着座圈260 已经达到了其行进的终点并且被一种物理阻碍限制了进一步抬起或放下。例 如，这种阻碍可以是马桶本身(如果下降的话)或水箱、或其他阻碍(如果上 升的话)。所以，当突破这个预定的停转阀值时，微控制器U2将晶体管Q4 关闭，终止晶体管Q3的开状态并且终止轴的转动。

在本发明的一个示例性实施方案中，电池120是一个6伏特的电池并且向 该装置的每个元件供电。这可以避免产生一个分开的电源来操作这些单个的元 件的需要，而这种分开的电源在一个实施方案中可以在4.5与5.5伏特之间运 行，并且高达7伏特的最大值。因此装置所有的元件都可以通过一个二极管 D5从电池120来直接操作，该二极管可以被用来将电压从6伏特减小到5.4 伏特。当电池120是6伏特时，它可以包括四个1.5伏特的电池(例如，AA、 C、等等)。

在本发明的一个示例性实施方案中，电动机M1(或150)被提供为一个 12伏特的装置。在电动机150是12伏特的并且电池是6伏特的一个示例性实 施方案中，12伏特是从6伏特产生的以便操作电动机150。这可以通过将电压 提升器250实施为一个倍压器来实现。作为替代方案，可以使用一个电压提升 器250，该电压提升器不仅产生了一个大于6伏特的输出电压，而且基本上不 依赖于逐渐下降的电池电压而保持了这个高电压(因为其容量被用完)。

电压提升器250可以通过元件U4表示，其输出电压V_H在一个实施方案 中可以是高达16伏特。使用元件U4可以用来保持电动机功率基本上恒定，上 至电池120实质上完全被消尽的程度。当电池120是6伏特并且使用四个1.5 伏特的电池时，在每个1.5伏特的电池单元降低到0.8伏特时可以达到这个点。

然而，在电池120的所有电力被用完之前，初始的总共6伏特早已降低到 3.2伏特，大大低于该装置的一些或所有的元件的操作水平。因此，在本发明 的一个示例性实施方案中，微控制器U2具有对芯片供电电压(参见，图8中 的V+，例如约+5v)的接入，并且观察其水平下降到阀值水平以下而周期性地 开启倍压器或电压提升器250，甚至在并未被要求运行电动机150时。例如， 如果Micro 200确定了电池电压已经落到一个阀值电压(例如至4.8伏特或以 下)以下，则该Micro可以控制晶体管Q5将C15再充电到一个更高的水平(例 如5.5伏特)以便将C15上的电量恢复到一个先前的水平(例如，至少4.5伏 特)，只要电压Vb足够高来保持电压V_H高于一个所希望的电压(例如，约 10伏特)，低于该希望的电压该Micro将会无论任何情况都使得这个系统关机。

这种处理可以按需而频繁重复以保持这些电压水平在一个可操作范围内 (例如，在约4.5伏特与约5.5伏特之间)。这可以确保PIR控制器100以及 其他元件持续运行，甚至当电池120的电压降到一个低水平(例如，3.2伏特) 时。

在本发明的一个示例性实施方案中，使用一个警报来警告使用者电池120 需要被更换。微控制器U2可以被配置为感应电池120的电压消耗到一些仍然 可见的水平(例如，3.3伏特)并且然后开启晶体管Q2以激活一个压电的蜂鸣 器A1，其声音可以在装置的机箱之外被听到。

警报可以被用于其他目的，例如当微控制器U2(或200)感测到一个可能 影响性能的条件时。一个实例将是在抬起机构本身中产生了非常高的摩擦，这 将引起所要求的平均电动机电流的增加。这可以通过在第一次安装时存储/记忆 电动机电流的值，并且对发生多次使用后这些最近的值进行比较来完成。

如以上所讨论的，值N1代表了一个电动机电流值，高于这个值可以推断 出电动机M1即将停转。这个值N1可以通过在每个装备中的实际经验得出， 其中马桶座圈的重量或摩擦可以与基准不同，并且其中电池耗尽(如果未通过 以上描述的功能补救的话)可以是确定停转电流特性的一个因素。因此，在本 发明的一个示例性实施方案中，微控制器U2被配置为检验这个实际测量的停 转电流并且从所观察到的特性得到一个动态停转电流参照。

此外，如以上所讨论的，当电动机电源第一次开启时，电动机M1在达到 稳定的状态运行之前可能初始要求更多的电流(例如，一种启动电流)。如果 启动电流太大，则它可以触发停转检测流程并且甚至在电动机M1启动之前就 有效地停止电动机M1的转动。因此，在本发明的一个示例性实施方案中，电 动机的电流特性是由微控制器U2来进行分析，以便确定该电动机电流需要多 长的时间来从高的启动值降低到正常的稳定状态值。微控制器U2然后激活一 个停转传感器时间延迟，对于启动后的时间量，该停转传感器时间延迟可以被 用来防止来自电动机M1的过早关机的一个错误停转电流值。

回看图5和图6，电动机150可以平行于座圈260的轴线安装到一个机箱 的一侧上，该轴或杆从该侧上出来(例如，通过两个机器螺钉)。可以使用螺 钉、间隔器或焊接来将一个电池安装座固定到机箱的内部，高于电动机150。 可以通过与连接器220相反侧上的一个开口接近电池安装座，电池安装座可以 被一个衬垫和一个盖板所覆盖，它们被附接(例如螺栓式)到电池安装座上， 这同时确保了这些电池进入安装座中，同时允许足够的力将盖板保持抵靠机箱 200的外侧以便压紧衬垫。这可以确保整个组件是密封的而抵抗进水。该轴或 杆的出口点可以是“O”形圈密封的。

机箱200的顶部盖205是密封的(例如，它可以是焊接的)。顶部盖205 可以具有一个孔，这个孔提供了一个开口，而这个开口通过安装一个菲涅尔透 镜密封，该透镜将红外辐射聚集到PIR传感器上。该透镜可以被一个塑料红外 滤波窗255覆盖，这个塑料红外滤波窗用于密封顶部205抵抗进水。电动机150 可以从基座210中的一个开口进行安装，这个开口可以用一个盖板和/或胶合衬 垫来覆盖。这个衬垫可以进一步由这些座圈螺栓保持在位，这些螺栓迫使整个 组件抵靠马桶缸，再次加强了这种抵抗进水的密封。

在一个进一步的实施方案中，如图6所示，整个盖子205通过适当的装置 保持在下抵靠基座。例如，当这个盖子以此方式保持在下时，该装置的所有部 件(例如，电动机、电池、计算机电路板板、等等)可以直接安装到基座上而 无需一个底部出入孔。盖子然后可以通过将其竖直抬起而移除从而暴露该电池 来更换。在这个实例中，不必提供一个有衬垫的盖板，因为现在不要求用于电 池的开口。

在图7示出的实施方案中，将电动机150连接至杠杆230的这个齿轮系241 由一个电动机小齿轮701、由小齿轮驱动的一个正齿轮702、在正齿轮702的 轮毂上的一个链轮703、将那个链轮连接到一个第二链轮704(位于驱动杠杆 230的那个轴上)上的一个链条705构成。以这种设计，杠杆230上的抬起转 动速度以及可得的抬起扭矩是恒定的，并且不依赖于杠杆230的角度或马桶座 圈260在其初始位置之上的高度。

然而，抬起马桶座圈所需的扭矩不是关于其角度恒定的，而是近似地是正 弦曲线式的，从当座圈是水平或在下时的最大力开始，并且当座圈是竖直的时 降低到零。为此原因，提供这种力的过渡的一种装置是所希望的。这个目的可 以通过以下描述的装置结合图9实现。参见图9，一个齿轮系241包括一个小 齿轮901、一个正齿轮902、一个轮毂903(正齿轮902的一部分)、以及一个 轮毂904，其中央轴线驱动杠杆的轴以及杠杆230。

代替如图7中连接这两个轮毂的链轮和链条的是，存在一个连杆905，该 连杆具有多个轴延伸部分906和907，这些轴延伸部分中的每一个都伸入对应 的轮毂903和904上的一个轴承908或909中，并且能够随着轮毂903和904 转动在这些轴承内转动。

注意，这些轴承的相对位置是使得在马桶座圈260在下时，正齿轮轮毂903 上的轴承908是在水平轴线上，而杠杆轴轮毂904上的轴承909是在竖直轴线 上。因此，当驱动轮毂903被电动机150驱动逆时针转动时，驱动轮毂904处 于将最大扭矩施加到其轴上的一个位置，并且由于轮毂903的主要作用是在抬 起过程中而不是放下过程中所以转动速度是较低的。随着电动机150以恒定的 转动速度逆时针转动正齿轮902，并且随着座圈260被抬起，轮毂904过渡到 具有更小扭矩的多个位置，与随着座圈变得更加竖直将其抬起所需要的持续减 小的力一致，但是具有更高的速度。但是，它最终达到这两个轮毂903和904 完成一个90度的转动的一个点，而座圈260现在被抬起到竖直的位置，并且 此处停转传感器146将使电动机150停止，从而结束抬起过程。因此，当需要 将座圈从其初始的水平位置开始抬起并且然后将抬起速度增大以便在更短的 时间内完成抬起周期时，这个配置传输了其最大的扭矩。

图10根据本发明的一个示例性实施方案展示了图6的齿轮系。类似于图7， 该齿轮系包括与一个正齿轮702接口连接的一个电动机小齿轮701。通过一个 离合器1001连接到杠杆230上的一个轴的轮毂1004通过一个绳索1002被附 接到正齿轮702的一个轮毂1003上。通过将绳索1002缠绕轮毂1003一圈并 且用一个螺钉将这个圈钉到轮毂1003上，绳索1002可以被固定到轮毂1003 上。绳索1002可以用类似的方式固定到另一个轮毂1004上。绳索1002使得 杠杆230能够在约九十度的范围内移动。例如，小齿轮701的转动使得正齿轮 702转动，该正齿轮进而转动绳索1002，而绳索进而转动该轴的轮毂1004，由 此抬起或放下杠杆230。

尽管在此参照附图描述了这些示例性实施方案，应理解的是本发明并不限 于那些明确的实施方案，并且相关领域的普通技术人员在其中可以进行多种其 他的变化以及改变而不背离本发明的范围和精神。所有的此种变化以及改变都 旨在被包括在本披露内容的范围内。